JP3078373B2 - Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof - Google Patents
Photoelectric conversion device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池、pin型フォ
トダイオードなどの光電変換装置、およびその製造方法
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion device such as a solar cell and a pin type photodiode, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、非単結晶シリコン(ここで非単結
晶シリコンとは水素化アモルファスシリコンや微結晶シ
リコンのことである。)を利用した半導体装置の開発が
盛んである。特に大面積のものを、低コストで生産でき
る太陽電池やフォトダイオードの開発が精力的に行われ
ている。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices using non-single-crystal silicon (here, non-single-crystal silicon is hydrogenated amorphous silicon or microcrystalline silicon) have been actively developed. In particular, solar cells and photodiodes capable of producing large-area products at low cost have been vigorously developed.
【0003】これらの半導体装置に使われる水素化アモ
ルファスシリコン、あるいは微結晶シリコンの堆積方法
としては、シランSiH4 またはジシランSi2 H6 を
成膜ガスとするRFプラズマCVD法やマイクロ波プラ
ズマCVD法、あるいは水素ガス存在下でSiターゲッ
トをArプラズマ中でスパッタする反応性スパッタリン
グ法などが用いられてきた。実験的にはこの他にも光C
VD法、ECRCVD法、水素原子存在下でのSiの真
空蒸着法、などの報告があり、ジシランSi2H6 など
による熱CVD法での成功例もある。[0003] As a method of depositing hydrogenated amorphous silicon or microcrystalline silicon used in these semiconductor devices, RF plasma CVD or microwave plasma CVD using silane SiH 4 or disilane Si 2 H 6 as a deposition gas is used. Alternatively, a reactive sputtering method in which an Si target is sputtered in an Ar plasma in the presence of hydrogen gas has been used. Experimentally, in addition to this,
There are reports such as a VD method, an ECRCVD method, and a vacuum deposition method of Si in the presence of hydrogen atoms, and there are also successful examples of a thermal CVD method using disilane Si 2 H 6 or the like.
【0004】このような水素化アモルファスシリコン
膜、微結晶シリコン膜の堆積方法としてもっとも普及し
ているのはプラズマCVD法である。本方法では、多く
の場合、シラン(SiH4 )、ジシラン(Si2 H6 )
ガスを用い、必要に応じて水素ガスで希釈を行い、1
3.56MHzの高周波でプラズマを発生させ、プラズ
マにより成膜ガスを分解して反応性のある活性種をつく
り、基板上に膜を堆積させる。また成膜ガスに、ホスフ
ィン(PH3 )、ジボラン(B2 H6 )、BF3 などの
ドーピングガスを混ぜれば、n型またはp型の水素化ア
モルファスシリコン膜、微結晶シリコン膜を形成するこ
とができるので、これらの膜を用いて種々のデバイスを
作ることができる。The most widespread method for depositing such a hydrogenated amorphous silicon film or microcrystalline silicon film is a plasma CVD method. In this method, silane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) are often used.
Using gas, dilute with hydrogen gas if necessary
Plasma is generated at a high frequency of 3.56 MHz, and the film-forming gas is decomposed by the plasma to produce reactive active species, and the film is deposited on the substrate. When a doping gas such as phosphine (PH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), or BF 3 is mixed with a deposition gas, an n-type or p-type hydrogenated amorphous silicon film or a microcrystalline silicon film can be formed. Therefore, various devices can be made using these films.
【0005】図3は、これらの作成方法を用いて作成し
た従来の典型的な太陽電池を示した例である。FIG. 3 shows an example of a conventional typical solar cell manufactured using these methods.
【0006】同図において、301は基板であり、30
2は下地電極である。303はn+型水素化アモルファ
スシリコン層、304はi型水素化アモルファスシリコ
ン層、305はp+ 型水素化アモルファスシリコン層で
あり、306は透明電極である。In FIG. 1, reference numeral 301 denotes a substrate;
2 is a base electrode. Reference numeral 303 denotes an n + -type hydrogenated amorphous silicon layer, 304 denotes an i-type hydrogenated amorphous silicon layer, 305 denotes a p + -type hydrogenated amorphous silicon layer, and 306 denotes a transparent electrode.
【0007】光はこの透明電極を通して、p+ 層305
から入射する。このデバイスはpin構造をなし、i層
304で吸収された光により生成されたキャリアは、内
部電界によって、電子はn+ 層303側に、ホールはp
+ 層305側に、それぞれドリフトしていき、その結果
p+ 、n+ 間に起電力が生じる。Light passes through the transparent electrode and passes through the p + layer 305.
Incident from This device has a pin structure, and the carriers generated by the light absorbed by the i-layer 304 are such that, due to the internal electric field, the electrons are on the n + layer 303 side and the holes are on the p-layer 303 side.
Each drifts toward the + layer 305, and as a result, an electromotive force is generated between p + and n + .
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では次のような解決すべき課題があった。However, the above-mentioned prior art has the following problems to be solved.
【0009】図5は上記従来例の太陽電池のエネルギー
バンド図である。同図において、Aはp+ 領域、Bはi
型水素化アモルファスシリコン層、Dはn+ 領域、Fは
フェルミ準位を示す。このような従来の単一セルの場
合、ドーピングをしていない層の光学的バンドギャップ
は1.8eV程度であり、これよりエネルギーの小さい
長波長域の光は有効に利用されず、変換効率が思うよう
に向上しないという欠点があった。FIG. 5 is an energy band diagram of the conventional solar cell. In the figure, A is the p + region, B is i
Type hydrogenated amorphous silicon layer, D indicates an n + region, and F indicates a Fermi level. In the case of such a conventional single cell, the optical band gap of the undoped layer is about 1.8 eV, and light in a long wavelength region having a smaller energy is not effectively used, and the conversion efficiency is low. There was a disadvantage that it did not improve as expected.
【0010】その欠点を解消するために、従来、光学的
バンドギャップの異なる層を用いて、ヘテロ構造にする
ことが提案されている。これは、短波長の光は吸収係数
が大きいので、第1の層として、光の入射する側に光学
的バンドギャップの大きい水素化アモルファスシリコン
層を光電変換層として配し、ここで短波長の光を吸収さ
せ、次に、第2の層として、水素化アモルファスシリコ
ンゲルマニウムなどの光学的バンドギャップの小さい層
を光電変換層として配し、第1の層で吸収されなかった
吸収係数の小さい長波長側の光を、効率よく吸収しよう
とするものである。[0010] In order to solve the drawback, it has been conventionally proposed to use a layer having a different optical band gap to form a heterostructure. This is because a short wavelength light has a large absorption coefficient, so that a hydrogenated amorphous silicon layer having a large optical band gap is disposed as a first layer on the light incident side as a photoelectric conversion layer. Light is absorbed, and then, as a second layer, a layer having a small optical band gap such as hydrogenated amorphous silicon germanium is disposed as a photoelectric conversion layer, and a layer having a small absorption coefficient not absorbed by the first layer is provided. It is intended to efficiently absorb light on the wavelength side.
【0011】このようなヘテロ構造の構成では、従来、
光学的バンドギャップの広い材料として、水素化アモル
ファスシリコンカーバイド、光学的バンドギャップの狭
い材料として水素化アモルファスシリコンゲルマニウム
などの合金が利用される。Conventionally, in such a heterostructure configuration,
An alloy such as hydrogenated amorphous silicon carbide is used as a material having a wide optical band gap, and an alloy such as hydrogenated amorphous silicon germanium is used as a material having a narrow optical band gap.
【0012】しかしながら、このような合金系半導体
は、膜作成時に膜中欠陥が多く生じ、これにより、光に
よって生成されたフォトキャリアが、再結合を盛んに起
こし、電流として外部に取り出せる量が減り、その結
果、変換効率が、期待されるほど向上しないという問題
があった。However, in such an alloy-based semiconductor, many defects are generated in the film at the time of film formation, whereby photo carriers generated by light vigorously recombine, and the amount of current that can be extracted to the outside as a current decreases. As a result, there is a problem that the conversion efficiency is not improved as expected.
【0013】また、このような異なる材料の合金を用い
て、ヘテロ構造のデバイスを作ることは、製造工程の複
雑化につながり、製造コストの上昇を招くという欠点も
あった。[0013] In addition, the production of a device having a heterostructure using alloys of such different materials leads to complication of the production process, and also has the disadvantage of increasing the production cost.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、第1導電型の半導体層
と、該第1導電型の半導体層の上に設けられたドーピン
グしていないシリコン層と、該シリコン層の上に設けら
れたドーピングしていない水素化アモルファスシリコン
層と、該水素化アモルファスシリコン層の上に設けられ
た前記第1導電型とは異なる第2導電型の半導体層と、
を有し、該第2導電型の半導体層側から光が入射する構
成を有し、前記ドーピングしていないシリコン層は、そ
の光学的バンドギャップが、前記ドーピングしていない
水素化アモルファスシリコン層の光学的バンドギャップ
より狭い微結晶シリコン層である光電変換装置の製造方
法において、非単結晶シリコンを堆積する工程と、該堆
積した非単結晶シリコンを原子状水素に晒す工程とを、
交互に繰り返し行い、前記微結晶シリコン層を形成す
る。 According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problems, a semiconductor layer of a first conductivity type and a doped layer provided on the semiconductor layer of the first conductivity type are provided. A non-doped silicon layer, an undoped hydrogenated amorphous silicon layer provided on the silicon layer, and a second conductivity type different from the first conductivity type provided on the hydrogenated amorphous silicon layer. A semiconductor layer;
Having a configuration in which light is incident from the semiconductor layer side of the second conductivity type , wherein the undoped silicon layer has an optical band gap of the undoped hydrogenated amorphous silicon layer. Manufacturing method of photoelectric conversion device with microcrystalline silicon layer narrower than optical band gap
Depositing non-single-crystal silicon in the method,
Exposing the deposited non-single-crystal silicon to atomic hydrogen,
Alternately to form the microcrystalline silicon layer.
You.
【0015】また本発明は、上記光電変換装置の製造方
法であって、非単結晶シリコンを堆積する工程と、該堆
積した非単結晶シリコンを原子状水素に晒す工程とを、
交互に繰り返し行い、前記微結晶シリコン層を形成する
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法でもある。 The present invention also relates to a method for manufacturing the above photoelectric conversion device.
Depositing non-single-crystal silicon.
Exposing the deposited non-single-crystal silicon to atomic hydrogen,
Repeatedly and alternately to form the microcrystalline silicon layer
The present invention also provides a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
【0016】[0016]
【作用】本発明によれば、n+ 型(あるいはp+ 型)の
第1導電型の半導体を有する層上に、ドーピングしてい
ない微結晶層を設け、さらにドーピングしていない水素
化アモルファスシリコン層を設け、更にp+ 型(あるい
はn+ 型)の第2導電型の半導体を有する層を設ける構
造を持つ光電変換装置とし、この微結晶シリコンを狭い
光学的バンドギャップの材料として用いることにより、
長波長側の感度も改良することができる。According to the present invention, an undoped microcrystalline layer is provided on a layer having an n.sup. + (Or p.sup. + ) Type semiconductor of a first conductivity type, and undoped hydrogenated amorphous silicon is further provided. A photoelectric conversion device having a structure in which a layer is provided and a layer having a p + -type (or n + -type) semiconductor of the second conductivity type is provided, and this microcrystalline silicon is used as a material having a narrow optical band gap. ,
The sensitivity on the long wavelength side can also be improved.
【0017】また、上記の光電変換装置の製造方法にお
いて、該微結晶層を、基板上に非単結晶シリコン、ある
いは微結晶シリコン層を堆積する工程と、該堆積層に原
子状水素を暴露する工程とを交互に繰り返しながら膜堆
積を行う方法により作成することにより、より効率的、
かつ効果的な製造方法を提供することができる。Further, in the above-described method for manufacturing a photoelectric conversion device, a step of depositing the microcrystalline layer with a non-single-crystal silicon or microcrystalline silicon layer on a substrate, and exposing the deposited layer to atomic hydrogen. By making the film deposition method while repeating the steps alternately, more efficient,
And an effective manufacturing method can be provided.
【0018】本発明においては、従来水素化アモルファ
スシリコンゲルマニウムなどの合金で不十分ながら実現
していた狭い光学的バンドギャップ材料を、微結晶シリ
コンで、より効果的に実現しようとするものである。In the present invention, a narrow optical bandgap material, which has been conventionally insufficiently realized by an alloy such as hydrogenated amorphous silicon germanium, is more effectively realized by microcrystalline silicon.
【0019】微結晶シリコンは、微結晶粒とアモルファ
スシリコンが混在した構成となっている。微結晶粒の部
分では、水素濃度が減少しており、膜全体としても、水
素濃度の少ない状態となっている。この微結晶シリコン
の光学的バンドギャップを見ると、膜中水素濃度に応じ
て変化しているのが分かる。The microcrystalline silicon has a structure in which microcrystalline grains and amorphous silicon are mixed. In the portion of the fine crystal grains, the hydrogen concentration is reduced, and the entire film is in a state where the hydrogen concentration is low. Looking at the optical band gap of this microcrystalline silicon, it can be seen that it changes according to the hydrogen concentration in the film.
【0020】このような微結晶シリコンを狭い光学的バ
ンドギャップ材料として、水素化アモルファスシリコン
層と一体的に用いれば、製造工程を複雑にすることな
く、デバイスを作ることができ、しかも微結晶シリコン
では、結晶化がある程度進んでいるので、キャリアの移
動度が向上している。その結果光電流の増加も起こって
いる。If such microcrystalline silicon is used as a narrow optical bandgap material and integrally with the hydrogenated amorphous silicon layer, a device can be manufactured without complicating the manufacturing process. Then, since the crystallization has progressed to some extent, the carrier mobility is improved. As a result, the photocurrent also increases.
【0021】しかしながら、一般の微結晶においては、
その粒界部分でのキャリアの再結合が盛んなため、ほと
んどホトコンダクティビティは生じないため、このまま
では、狭い光学的バンドギャップの光電変換層として利
用することは困難である。However, in general microcrystals,
Since the carrier recombination at the grain boundary portion is active, there is almost no photoconductivity. Therefore, it is difficult to use as it is as a photoelectric conversion layer having a narrow optical band gap.
【0022】そこで、本発明の成膜と原子状水素暴露を
繰り返しながら成膜する繰り返し成膜法を用いれば、詳
細は後述するように、膜中水素、あるいは微結晶化した
場合の結晶粒径を、ユニット膜(1回の堆積と原子状水
素曝露を1ユニット工程とした場合の1ユニットで形成
される膜)成膜時間あるいは原子状水素暴露時間で自由
に制御でき、かつ微結晶の粒界の欠陥を減らすことがで
きる。そのため、この方法を用いて微結晶シリコンを作
れば、十分なホトコンダクティビティを発生させること
ができる。よって、これを狭い光学的バンドギャップ材
として光電変換層に用いることができる。Therefore, if a repetitive film forming method of the present invention in which the film is formed while repeating the film formation and the atomic hydrogen exposure is used, as will be described in detail later, hydrogen in the film or the crystal grain size when microcrystallized. Can be freely controlled by the film formation time or the atomic hydrogen exposure time when a unit film (film formed by one unit when one deposition and atomic hydrogen exposure are considered as one unit process), and the fine crystal grains can be controlled. Field defects can be reduced. Therefore, if microcrystalline silicon is formed using this method, sufficient photoconductivity can be generated. Therefore, this can be used for the photoelectric conversion layer as a narrow optical band gap material.
【0023】また本方法は、原料ガスなどの切り替えな
どのプロセス条件の大きな変更をすることなく、水素化
アモルファスシリコン膜から、微結晶シリコンまで単に
時間のパラメーター設定のみで作成することができるた
め、製造工程は、従来に比べかなり簡略化される。これ
は、実際に成膜する場合非常に大きな長所となる。Further, according to the present method, since a process from a hydrogenated amorphous silicon film to microcrystalline silicon can be performed simply by setting a time parameter without largely changing process conditions such as switching of source gas, etc. The manufacturing process is considerably simplified compared to the prior art. This is a great advantage when actually forming a film.
【0024】[0024]
【実施例】(実施例1)図1は本発明になる成膜方法を
用いてイントリンジックな微結晶シリコン層を作り、光
電変換装置(本実施例では太陽電池)を作成した実施例
の構造を示す概略断面図であり、図4はそのエネルギー
バンドプロファイルを示す。(Embodiment 1) FIG. 1 shows an embodiment in which an intrinsic microcrystalline silicon layer is formed by using the film forming method according to the present invention, and a photoelectric conversion device (a solar cell in this embodiment) is formed. FIG. 4 is a schematic sectional view showing a structure, and FIG. 4 shows an energy band profile thereof.
【0025】図1において、101は基板であり、10
2は下地電極である。103はn+型(第1導電型)水
素化アモルファスシリコン層、104はi型微結晶シリ
コン層、105はi型水素化アモルファスシリコン層、
106はp+ 型(第2導電型)水素化アモルファスシリ
コン層であり、107は透明電極である。In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a substrate;
2 is a base electrode. 103 is an n + type (first conductivity type) hydrogenated amorphous silicon layer, 104 is an i-type microcrystalline silicon layer, 105 is an i-type hydrogenated amorphous silicon layer,
106 is a p + type (second conductivity type) hydrogenated amorphous silicon layer, and 107 is a transparent electrode.
【0026】光はこの透明電極107を通して、p+ 層
106から入射する。本実施例はpin構造をなし、i
層105で生成されたキャリアは、内部電界によって、
電子はn+ 層103側に、ホールはp+ 層106側に、
それぞれドリフトしていき、その結果p+ ,n+ 間に起
電力が生じる。Light enters from the p + layer 106 through the transparent electrode 107. This embodiment has a pin structure, i
The carriers generated in the layer 105 are generated by an internal electric field.
Electrons are on the n + layer 103 side, holes are on the p + layer 106 side,
Each drifts, and as a result, an electromotive force is generated between p + and n + .
【0027】以下、本発明の微結晶シリコン層104を
堆積する手順を説明する。以下の説明では原子状水素を
水素プラズマで発生させ、これを利用するものとする。Hereinafter, a procedure for depositing the microcrystalline silicon layer 104 of the present invention will be described. In the following description, it is assumed that atomic hydrogen is generated by hydrogen plasma and is used.
【0028】また本実施例では、時間tD の間水素化ア
モルファスシリコン層を堆積した後、この堆積した膜に
対して時間tA だけ原子水素プラズマを照射する(原子
状水素に曝露する)という一組のステップをくりかえし
ながら成膜をする。In this embodiment, after depositing a hydrogenated amorphous silicon layer for a time t D , the deposited film is irradiated with atomic hydrogen plasma (exposure to atomic hydrogen) for a time t A. The film is formed while repeating a set of steps.
【0029】すなわち、tA の間、堆積膜表面は、水素
プラズマ中の原子状水素にさらされ、この時水素プラズ
マ中の原子状水素が、堆積膜の中へ、あるいは堆積表面
にある程度拡散し、シリコン原子を活性化しつつSiネ
ットワークの組み替えが起こり、その結果膜中の水素が
脱離するものと考えられる。しかもこの組み替えに伴
う、膜構造の緩和が極度に起こる結果、アモルファス相
から、微結晶相に変化するものと思われる。That is, during t A, the surface of the deposited film is exposed to atomic hydrogen in the hydrogen plasma. At this time, the atomic hydrogen in the hydrogen plasma diffuses into the deposited film or to some extent on the deposited surface. It is considered that the rearrangement of the Si network occurs while activating the silicon atoms, and as a result, hydrogen in the film is eliminated. Moreover, it is considered that the film structure is extremely relaxed due to the rearrangement, and as a result, the amorphous phase is changed to the microcrystalline phase.
【0030】その時の水素プラズマの効果を説明する。
図9は、ユニット膜成膜時間tD 、水素プラズマを照射
時間tA を一定に保って成膜した場合の膜中水素濃度と
基板温度Tsの関係を示している。The effect of the hydrogen plasma at that time will be described.
FIG. 9 shows the relationship between the hydrogen concentration in the film and the substrate temperature Ts when the unit film formation time t D and the hydrogen plasma irradiation time t A are kept constant.
【0031】図9のaは、繰り返し成膜をしない場合
(従来の連続で成膜する場合)である。FIG. 9A shows the case where the film is not repeatedly formed (the conventional continuous film formation).
【0032】またbは、アモルファスシリコンの条件か
ら出発して、繰り返し成膜により成膜した場合である
(ただしこの時のtD ,tA の条件は結晶化を起こしや
すい条件になっている。つまりtD は短く、tA は長い
条件である)。B is a case where the film is formed by repeated film formation starting from the condition of amorphous silicon (however, the conditions of t D and t A at this time are such that crystallization is likely to occur. That is, t D is short and t A is long.)
【0033】またcは、微結晶シリコンに近い条件(連
続膜の状態では、微結晶化は起こっていない。具体的に
は、水素ガスの希釈率の大きい条件である。)から出発
して、繰り返し成膜により成膜した場合である。また
b,cの図中Mで記されたところは、結晶化の起こって
いる領域である。Starting from conditions close to those of microcrystalline silicon (microcrystallization does not occur in the state of a continuous film; specifically, a condition in which the dilution ratio of hydrogen gas is large). This is a case where a film is formed by repeated film formation. The portions marked with M in the figures b and c are regions where crystallization has occurred.
【0034】ユニット膜成膜時間tD の間に堆積するユ
ニット膜の膜厚は数原子層程度であることが望ましく、
実際上10Å程度であることが望ましい。もし新しく堆
積した層が厚すぎるとシリコンネットワークの緩和が起
こりにくく、水素プラズマ照射の効果が現れない。The thickness of the unit film deposited during the unit film formation time t D is preferably about several atomic layers.
In practice, it is desirable to be about 10 °. If the newly deposited layer is too thick, the relaxation of the silicon network is unlikely to occur, and the effect of hydrogen plasma irradiation does not appear.
【0035】図10は膜中水素濃度の水素プラズマを照
射時間tA 依存を示す。aは各サイクルでの膜厚が50
Åの場合であり、bは膜厚100Åの場合である。aの
図中Mで記されたところは微結晶化の起こっている領域
である。図に示されるように、各ステップでの膜厚が1
00Å以上(b)だと水素プラズマ照射をいくら行って
も構造緩和は進まなくなり、アモルファス相を維持した
ままで、結晶化も起こらない。したがって、tD 間に堆
積する膜厚は50Å以下(a)、望ましくは10Å以下
である必要がある。FIG. 10 shows the dependence of the hydrogen concentration in the film on the irradiation time t A with hydrogen plasma. a indicates that the film thickness in each cycle is 50
B, and b is the case of a film thickness of 100Å. The area marked with M in the figure of a is an area where microcrystallization has occurred. As shown in the figure, the film thickness in each step is 1
If the temperature is not less than 00 ° (b), no matter how much hydrogen plasma irradiation is performed, the structural relaxation does not progress, and crystallization does not occur while maintaining the amorphous phase. Therefore, the film thickness deposited during t D must be 50 ° or less (a), preferably 10 ° or less.
【0036】図11はtD 間の堆積膜厚と膜中水素濃度
の関係を示している。図中Mは結晶化の起こっている領
域である。tD 間の堆積膜厚が50Å以上になると水素
プラズマの効果が低下するのが分かる。FIG. 11 shows the relationship between the deposited film thickness during t D and the hydrogen concentration in the film. In the figure, M is a region where crystallization has occurred. It can be seen that the effect of the hydrogen plasma decreases when the deposited film thickness during t D is 50 ° or more.
【0037】図12はX線回折から求めた結晶粒径と水
素プラズマを照射時間tA の関係を示す。膜条件は結晶
化しやすい条件(水素希釈条件)である。水素プラズマ
を照射時間を長くすると、結晶粒径が成長しているのが
分かる。FIG. 12 shows the relationship between the crystal grain size determined by X-ray diffraction and the irradiation time t A of hydrogen plasma. The film condition is a condition that facilitates crystallization (hydrogen dilution condition). It can be seen that when the irradiation time of the hydrogen plasma is increased, the crystal grain size grows.
【0038】図10,11からユニット膜成膜時間t
D 、水素プラズマを照射時間tA を制御することで、膜
中水素濃度と結晶粒径を制御できることが分かる。FIGS. 10 and 11 show that the unit film forming time t
D. It can be seen that the hydrogen concentration in the film and the crystal grain size can be controlled by controlling the irradiation time t A of the hydrogen plasma.
【0039】図13は本発明の成膜方法で作成した水素
化アモルファスシリコン層、微結晶シリコン層での膜中
水素濃度と光学的バンドギャップとの関係である。膜中
水素濃度が減少するにつれ、光学的バンドギャップも狭
くなっている。FIG. 13 shows the relationship between the hydrogen concentration in the hydrogenated amorphous silicon layer and the microcrystalline silicon layer formed by the film forming method of the present invention and the optical band gap. As the hydrogen concentration in the film decreases, the optical band gap also decreases.
【0040】これらの図における成膜条件は、後述する
図8の装置で作成した以下の太陽電池におけるi層成膜
条件と同様のものである。The film forming conditions in these figures are the same as the following i-layer film forming conditions in the following solar cell prepared by the apparatus shown in FIG.
【0041】本実施例では、原子状水素の生成方法は、
水素プラズマを考えたが、原子状水素を効率良く発生す
るものであれば良い。一般には容量結合型あるいは誘導
結合型の高周波グロー放電を利用すれば、従来の装置で
実現でき、基板上に堆積した水素化アモルファスシリコ
ン膜を基板ごと水素ガスのグロー放電中に置くか、プラ
ズマの近くに置くことにより、原子状水素を堆積膜に供
給することができる。また、この他マイクロ波プラズマ
により原子状水素を発生させて堆積膜表面に拡散させる
方法や、ECRプラズマにより原子状水素を発生させる
方法もある。In this embodiment, the method for producing atomic hydrogen is as follows.
Although hydrogen plasma was considered, any type of hydrogen plasma can be used as long as it can efficiently generate atomic hydrogen. In general, if a capacitively coupled or inductively coupled high-frequency glow discharge is used, this can be realized by a conventional apparatus, and the hydrogenated amorphous silicon film deposited on the substrate is placed together with the substrate in a hydrogen gas glow discharge, By placing it near, atomic hydrogen can be supplied to the deposited film. In addition, there are a method of generating atomic hydrogen by microwave plasma and diffusing it to the surface of the deposited film, and a method of generating atomic hydrogen by ECR plasma.
【0042】ユニット膜を堆積する方法としてプラズマ
CVD法を採用すれば、水素プラズマも同一の装置を利
用して発生させることができ、極めて容易に本発明の成
膜方法を実現できる。If a plasma CVD method is employed as a method of depositing a unit film, hydrogen plasma can be generated using the same apparatus, and the film forming method of the present invention can be realized very easily.
【0043】図8は本発明を実現するための成膜装置を
示す。FIG. 8 shows a film forming apparatus for realizing the present invention.
【0044】図8において800は反応チャンバー、8
01は基板、803はアノード電極、802はカソード
電極、804は基板加熱用ヒーター、805は接地用端
子、806はマッチングボックス、807は13.56
MHzのRF電源、808および、814は排気管、8
09および815は排気ポンプ、810は水素ガス導入
管、811、および812は成膜ガス導入管、813は
三方バルブ、820,830,840,850,86
0,822,832,842,852および862はバ
ルブ、821,831,841,851および861は
マスフロ−コントローラーを示す。成膜ガス導入管81
1には三方バルブ813が取りつけられており、三方バ
ルブ813を切りかえることにより、成膜ガスのON/
OFFを行う。水素(H2 )は862側から、シラン
(SiH4 )は822側からジボラン(B2 H6 )は8
32側から、ホスフィン(PH3 )は842側から導入
する。この装置では、水素は常時流している。また、ユ
ニット膜堆積時の成膜ガスであるSiH4 、あるいはS
i2 H6 のみの流れをON/OFF制御するだけでユニ
ット膜堆積と水素プラズマ照射の両方を容易に切り替え
ることができる。In FIG. 8, reference numeral 800 denotes a reaction chamber;
01 is a substrate, 803 is an anode electrode, 802 is a cathode electrode, 804 is a heater for heating a substrate, 805 is a ground terminal, 806 is a matching box, and 807 is 13.56.
MHz RF power supply, 808 and 814 are exhaust pipes, 8
09 and 815 are exhaust pumps, 810 is a hydrogen gas introduction pipe, 811 and 812 are film formation gas introduction pipes, 813 is a three-way valve, 820, 830, 840, 850, and 86.
Reference numerals 0, 822, 832, 842, 852 and 862 denote valves, and 821, 831, 841, 851 and 861 denote mass flow controllers. Deposition gas introduction pipe 81
1 is provided with a three-way valve 813, and by switching the three-way valve 813, ON / OFF of the film forming gas is performed.
Turn OFF. Hydrogen (H 2 ) is from 862 side, silane (SiH 4 ) is from 822 side, and diborane (B 2 H 6 ) is 8
From the 32 side, phosphine (PH 3 ) is introduced from the 842 side. In this device, hydrogen is always flowing. Further, SiH 4 , which is a film forming gas at the time of unit film deposition, or S
Both ON and OFF control of the flow of i 2 H 6 alone can easily switch both unit film deposition and hydrogen plasma irradiation.
【0045】成膜ガスの水素ガスに対する割合を下げす
ぎると、水素プラズマ照射時に結晶化が起きやすくなる
ので、成膜ガス濃度は10%程度以下の水素希釈とする
ことにより、微結晶化しやすい条件となる。ただし本発
明におけるように、同一の条件で微結晶シリコン層の上
に、水素化アモルファスシリコン層を成膜する場合は、
水素希釈率を上げすぎると、この連続膜の水素化アモル
ファスシリコン膜の特性が劣化するので、その条件に
は、最適化が必要である。If the ratio of the film forming gas to the hydrogen gas is too low, crystallization is likely to occur during irradiation with hydrogen plasma. Becomes However, when a hydrogenated amorphous silicon layer is formed on a microcrystalline silicon layer under the same conditions as in the present invention,
If the hydrogen dilution rate is excessively increased, the characteristics of the hydrogenated amorphous silicon film of the continuous film deteriorate. Therefore, the conditions need to be optimized.
【0046】また、この場合ユニット膜を堆積する工程
と水素プラズマを照射する工程の両方で切れめなくプラ
ズマをたてておくことも可能であり、このようにすれば
プラズマ発生期の膜質の悪い膜の堆積を防止することが
できる。また、この場合プラズマ安定化のためにArを
添加することも好ましい。In this case, it is also possible to keep the plasma intact in both the step of depositing the unit film and the step of irradiating with the hydrogen plasma. In this case, the film quality during the plasma generation period is poor. Film deposition can be prevented. In this case, it is also preferable to add Ar for plasma stabilization.
【0047】つぎに本発明になる図1に示した光電変換
装置の作成工程を説明する。なお各膜は、図8の装置を
用いて成膜した。Next, the steps of manufacturing the photoelectric conversion device shown in FIG. 1 according to the present invention will be described. Each film was formed using the apparatus shown in FIG.
【0048】まず、表面を研磨したガラス基板101上
に、Alなどの金属膜を用い下電極102を形成した
後、反応チャンバー800の中のカソードに取りつけ、
排気ポンプ809により十分排気し、10-6Torrと
した。基板温度は250℃とした。First, a lower electrode 102 is formed on a glass substrate 101 having a polished surface using a metal film such as Al, and then attached to a cathode in a reaction chamber 800.
The air was sufficiently exhausted by an exhaust pump 809 to 10 -6 Torr. The substrate temperature was 250 ° C.
【0049】三方バルブ813を成膜ガス導入管411
と412とを接続するようにした後、バルブ820,8
22を開けSiH4 ガスを30sccm流し、バルブ8
60,862を開けH2 ガスを30sccm流し、H2
ガスで1%に希釈したPH3ガスを、バルブ840,8
42を開け30sccm流した。The three-way valve 813 is connected to the film forming gas introduction pipe 411.
And 412 are connected, and then the valves 820, 8
22 is opened, SiH 4 gas flows at 30 sccm, and the valve 8 is opened.
60,862 the open H 2 gas is flowed 30sccm, H 2
The PH 3 gas diluted to 1% with the gas is supplied to the valves 840, 8
42 was opened and the flow was 30 sccm.
【0050】チャンバー内圧を1.0Torrにして5
0mW/cm2のRFパワーを投入し、7分間放電しn+
型水素化アモルファスシリコン層103を400Å堆
積した。The chamber pressure was set to 1.0 Torr and
0 mW / cm 2 of RF power was introduced, discharged 7 minutes n +
Type hydrogenated amorphous silicon layer 103 was deposited at 400 °.
【0051】それぞれのバルブを閉め、ガス供給を停止
した後、チャンバー内を10-6Torr以下に排気し
た。After closing each valve and stopping gas supply, the chamber was evacuated to 10 -6 Torr or less.
【0052】次に本発明になる成膜方法で、微結晶シリ
コン層104、引き続き水素化アモルファスシリコン層
106を堆積する。基板温度は250℃のままとした。
原子状水素を作るためにRF放電による水素プラズマ放
電を利用した。Next, the microcrystalline silicon layer 104 and subsequently the hydrogenated amorphous silicon layer 106 are deposited by the film forming method according to the present invention. The substrate temperature was kept at 250 ° C.
Hydrogen plasma discharge by RF discharge was used to produce atomic hydrogen.
【0053】まずバルブ860,861を開け、H2 ガ
ス170sccmを反応チャンバーに流した。三方バル
ブ813を成膜ガス導入管811と排気管814とを接
続するようにした後、バルブ820及び822を開け
て、SiH4 ガス30sccmを成膜ガス導入管811
に流した。この時の圧力は0.5Torrであった。こ
の状態でRF電力50mW/cm2 を投入し水素プラズ
マ放電を開始した。First, the valves 860 and 861 were opened, and 170 sccm of H 2 gas was flown into the reaction chamber. After connecting the three-way valve 813 between the film forming gas introducing pipe 811 and the exhaust pipe 814, the valves 820 and 822 are opened, and the SiH 4 gas 30 sccm is supplied to the film forming gas introducing pipe 811.
Shed. The pressure at this time was 0.5 Torr. In this state, an RF power of 50 mW / cm 2 was applied to start hydrogen plasma discharge.
【0054】つぎに三方バルブ813を切り替えること
により、成膜と水素プラズマ照射とを繰り返した。本例
での成膜時間tD は10秒で一定とし、10Åの膜厚と
し、水素プラズマ照射時間tA は、図12を利用して、
微結晶粒径がほぼ300Åになるように設定した。Next, by switching the three-way valve 813, film formation and hydrogen plasma irradiation were repeated. The film forming time t D in this example is constant at 10 seconds, the film thickness is 10 °, and the hydrogen plasma irradiation time t A is shown in FIG.
The crystallite size was set to be approximately 300 °.
【0055】本方法により作成した微結晶シリコンの結
晶粒界での欠陥は低減しており、十分なホトコンダクテ
ィビティを生じていた。しかしながら結晶粒径は最適化
が必要であり、余り小さくしすぎると、結晶粒界の総面
積が増加し、界面での欠陥が減少したとはいえ、ここで
の再結合が増えることになり、本来の効果を発揮できな
いことになる。実際の成膜時にはコンピューターで三方
バルブの開閉を制御した。全ステップ数は100回とし
微結晶層の膜厚は1000Åとした。この時の膜中水素
濃度は1%であった。The defects at the crystal grain boundaries of the microcrystalline silicon formed by this method were reduced, and sufficient photoconductivity was generated. However, the crystal grain size needs to be optimized, and if it is too small, the total area of the crystal grain boundaries increases, and although recombination at the interface decreases, recombination here increases, The original effect cannot be exhibited. During the actual film formation, the opening and closing of the three-way valve was controlled by a computer. The total number of steps was 100, and the thickness of the microcrystalline layer was 1000 °. At this time, the hydrogen concentration in the film was 1%.
【0056】最終ステップの水素プラズマ放電が終了し
た後、バルブ813を切り替え、SiH4 をチャンバー
に導入した。しかる後に放電を立て、水素化アモルファ
スシリコン層を連続で3000Å成膜する。このとき好
適には放電を持続したまま、引き続き成膜するのが良
い。この時の水素化アモルファスシリコン層の光学的バ
ンドギャップは1.8eVであった。本実施例での水素
希釈率はSiH4 /H2=3/17であり、連続膜の光
電特性は良好なものであった。After the hydrogen plasma discharge in the final step was completed, the valve 813 was switched, and SiH 4 was introduced into the chamber. Thereafter, a discharge is started, and a hydrogenated amorphous silicon layer is continuously formed at 3000 °. At this time, it is preferable to form the film continuously while maintaining the discharge. At this time, the optical band gap of the hydrogenated amorphous silicon layer was 1.8 eV. The hydrogen dilution ratio in this example was SiH 4 / H 2 = 3/17, and the photoelectric characteristics of the continuous film were good.
【0057】つぎにp+ 型層106を形成した。バルブ
820と822を閉め、バルブ860と862を閉め
て、シランガスと水素ガスを止めた後、チャンバー内の
真空度を10-6Torr以下に排気した。基板温度を2
00℃に変えた後、SiH4 ガス10sccmとH2 ガ
スで1%に希釈したB2 H6 ガス10sccmとH2 ガ
ス100sccmを流し、圧力を1Torrに保って、
基板温度が一定になるまで保持した。Next, ap + type layer 106 was formed. After closing the valves 820 and 822 and closing the valves 860 and 862 to stop the silane gas and the hydrogen gas, the chamber was evacuated to a degree of vacuum of 10 -6 Torr or less. Substrate temperature 2
After changing to 00 ° C., SiH 4 flowed gas 10sccm and H 2 B 2 H 6 gas 10sccm and H 2 gas 100sccm diluted to 1% with the gas, while maintaining the pressure to 1 Torr,
The temperature was maintained until the substrate temperature became constant.
【0058】しかる後、RF電力50mW/cm2 を投
入して、プラズマ放電を10分間行い、p+ 型層を50
0Å成膜した。それぞれのバルブを閉めガスを止めた後
チャンバー内を10-6Torr以下に排気した。Thereafter, an RF power of 50 mW / cm 2 is applied, plasma discharge is performed for 10 minutes, and the p + -type layer is
0 ° was formed. After closing each valve and stopping the gas, the inside of the chamber was evacuated to 10 -6 Torr or less.
【0059】最後に、上部電極として透明導電膜(IT
O膜)107を700Å形成した。Finally, a transparent conductive film (IT
O film) 107 was formed at 700 °.
【0060】本発明の光電変換装置のバンドプロファイ
ルを図4に示す。図4において、Aはp+ 領域、Bはi
型水素化アモルファスシリコン層、Cは微結晶シリコン
層、Dはn+ 領域、Fはフェルミ準位を示す。FIG. 4 shows the band profile of the photoelectric conversion device of the present invention. In FIG. 4 , A is a p + region, and B is i
Type hydrogenated amorphous silicon layer, C indicates a microcrystalline silicon layer, D indicates an n + region, and F indicates a Fermi level.
【0061】ドーピングされていない水素化アモルファ
スシリコン層の光学的バンドギャップは1.8eV、ド
ーピングされてない微結晶層の光学的バンドギャップは
1.55eVであった。太陽光はp+ 層側から入射する
とし、短波長側は水素化アモルファスシリコン層で吸収
される。この水素化アモルファスシリコン層で十分吸収
されなかった長波長側の光は、この微結晶シリコンで吸
収される。The optical band gap of the undoped hydrogenated amorphous silicon layer was 1.8 eV, and the optical band gap of the undoped microcrystalline layer was 1.55 eV. It is assumed that sunlight enters from the p + layer side, and the short wavelength side is absorbed by the hydrogenated amorphous silicon layer. Light on the long wavelength side that is not sufficiently absorbed by the hydrogenated amorphous silicon layer is absorbed by the microcrystalline silicon.
【0062】図6は従来の単一セルの場合(図中a)
と、本発明の場合(図中b)の分光感度を示す。本発明
の構成を取る太陽電池(図中b)では長波長側の感度が
改良されているのが分かる。FIG. 6 shows a conventional single cell (a in the figure).
And the spectral sensitivity in the case of the present invention (b in the figure). It can be seen that the sensitivity on the long wavelength side is improved in the solar cell (b in the figure) having the configuration of the present invention.
【0063】また図7では、従来の単一セルの場合(図
中a)と本発明の場合(図中b)とでの100mWの光
量下でのV−I特性である。本発明において、ISC(短
絡電流)の向上が見られ、全体として、変換効率の向上
が見られた。これは微結晶層での長波長感度の向上、電
子、ホール移動度の向上によるものと思われる。FIG. 7 shows the VI characteristics under a light quantity of 100 mW in the case of the conventional single cell (a in the figure) and the case of the present invention (b in the figure). In the present invention, I SC (short circuit current) was improved, and as a whole, conversion efficiency was improved. This is thought to be due to the improvement in long wavelength sensitivity and the improvement in electron and hole mobilities in the microcrystalline layer.
【0064】図2は、本発明の第2の実施例を示す概略
構成断面図である。図2において、201はn型ウエハ
ー基板である。202はi型微結晶シリコン層、203
はi型水素化アモルファスシリコン層であり、204は
p+ 型水素化アモルファスシリコン層、205は透明電
極である。本実施例ではpin構造のnの部分をウエハ
ーで構成した。光は、透明電極205を通して、p+ 層
から入射し、i層で生成されたキャリアは、内部電界に
よって、電子はn型ウエハー側に、ホールはp層側に、
それぞれドリフトしていき、その結果p+ ,n間に起電
力が生じる。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 201 denotes an n-type wafer substrate. 202 is an i-type microcrystalline silicon layer, 203
Denotes an i-type hydrogenated amorphous silicon layer, 204 denotes a p + -type hydrogenated amorphous silicon layer , and 205 denotes a transparent electrode. In this embodiment, the portion n of the pin structure is constituted by a wafer. Light through the transparent electrode 20 5 enters from the p + layer, the carriers generated in the i layer, the internal electric field, the electrons in the n-type wafer side, holes in the p-layer side,
Each drifts, and as a result, an electromotive force is generated between p + and n.
【0065】つぎに本実施例の光電変換装置の作成方法
をその工程に添って記述する。各膜は、図8の装置を用
いて成膜した。Next, a method of manufacturing the photoelectric conversion device of this embodiment will be described along with its steps. Each film was formed using the apparatus shown in FIG.
【0066】まず、表面を洗浄したn型ウエハー201
を、反応チャンバー800の中のカソードに取りつけ、
排気ポンプ809により十分排気し、10-6Torrと
した。基板温度は250℃とした。First, an n-type wafer 201 whose surface has been cleaned
Is attached to the cathode in the reaction chamber 800,
The air was sufficiently exhausted by an exhaust pump 809 to 10 -6 Torr. The substrate temperature was 250 ° C.
【0067】次に本発明になる成膜方法で微結晶シリコ
ン層202、引き続き水素化アモルファスシリコン層2
03を堆積する。基板温度は250℃のままとした。原
子状水素を作るためにRF放電による水素プラズマ放電
を利用した。Next, the microcrystalline silicon layer 202 and subsequently the hydrogenated amorphous silicon layer 2 are formed by the film forming method according to the present invention.
03 is deposited. The substrate temperature was kept at 250 ° C. Hydrogen plasma discharge by RF discharge was used to produce atomic hydrogen.
【0068】まずバルブ860,861を開けH2 ガス
170sccmを反応チャンバーに流した。三方バルブ
813を成膜ガス導入管811と排気管814とを接続
するようにした後、バルブ820及び822を開けて、
SiH4 ガス30sccmを成膜ガス導入管811に流
した。この時の圧力は0.5Torrであった。この状
態でRF電力50mW/cm2 を投入し水素プラズマ放
電を開始した。つぎに三方バルブ813をコンピュータ
ーにより切り替えることで、成膜と水素プラズマ照射と
を繰り返す。First, the valves 860 and 861 were opened, and 170 sccm of H 2 gas was flowed into the reaction chamber. After connecting the three-way valve 813 between the deposition gas introduction pipe 811 and the exhaust pipe 814, the valves 820 and 822 are opened,
30 sccm of an SiH 4 gas was flowed into the film formation gas introduction pipe 811. The pressure at this time was 0.5 Torr. In this state, an RF power of 50 mW / cm 2 was applied to start hydrogen plasma discharge. Next, by switching the three-way valve 813 by a computer, film formation and hydrogen plasma irradiation are repeated.
【0069】成膜時間tD は10秒で一定とし、10Å
の膜厚とした。このときの微結晶粒径はほぼ300Åで
あった。全ステップ数は100回とし微結晶層の膜厚は
1000Åとした。この時の膜中水素濃度は3%であっ
た。The film forming time t D is constant at 10 seconds, and is set at 10 °
. At this time, the crystallite size was approximately 300 °. The total number of steps was 100, and the thickness of the microcrystalline layer was 1000 °. At this time, the hydrogen concentration in the film was 3%.
【0070】最終ステップの水素プラズマ放電が終了し
た後、バルブ813を切り替え、SiH4 をチャンバー
に導入する。しかる後に放電を立て、水素化アモルファ
スシリコン層を連続で3000Å成膜する。好適には、
放電を維持したままで、成膜するのが良い。この時の水
素化アモルファスシリコン層の光学的バンドギャップは
1.8eVであった。本実施例での水素希釈率はSiH
4 /H2 =3/17であり、連続膜の光電特性は良好な
ものであった。After the hydrogen plasma discharge in the final step is completed, the valve 813 is switched, and SiH 4 is introduced into the chamber. Thereafter, a discharge is started, and a hydrogenated amorphous silicon layer is continuously formed at 3000 °. Preferably,
It is preferable to form a film while maintaining discharge. At this time, the optical band gap of the hydrogenated amorphous silicon layer was 1.8 eV. In this embodiment, the hydrogen dilution rate is SiH
4 / H 2 = 3/17, and the photoelectric characteristics of the continuous film were good.
【0071】つぎにp+ 型層204を形成した。バルブ
820と822を閉め、バルブ860と862を閉め
て、シランガスと水素ガスを止めた後、チャンバー内の
真空度を10-6Torr以下に排気した。基板温度を2
00℃に変えた後、SiH4 ガス10sccmとH2 ガ
スで1%に希釈したB2 H6 ガス10sccmとH2 ガ
ス100sccmを流し、圧力を1Torrに保って、
基板温度が一定になるまで保持した。しかる後RF電力
50mW/cm2 を投入して、プラズマ放電を10分間
行い、p+ 型層を500Å成膜した。それぞれのバルブ
を閉めガスを止めた後チャンバー内を10-6Torr以
下に排気した。Next, ap + -type layer 204 was formed. After closing the valves 820 and 822 and closing the valves 860 and 862 to stop the silane gas and the hydrogen gas, the chamber was evacuated to a degree of vacuum of 10 -6 Torr or less. Substrate temperature 2
After changing to 00 ° C., SiH 4 flowed gas 10sccm and H 2 B 2 H 6 gas 10sccm and H 2 gas 100sccm diluted to 1% with the gas, while maintaining the pressure to 1 Torr,
The temperature was maintained until the substrate temperature became constant. Thereafter, an RF power of 50 mW / cm 2 was applied and plasma discharge was performed for 10 minutes to form a p + -type layer at 500 °. After closing each valve and stopping the gas, the inside of the chamber was evacuated to 10 -6 Torr or less.
【0072】最後に上部電極として透明導電膜(ITO
膜)205を700Å形成した。Finally, a transparent conductive film (ITO) was used as the upper electrode.
A film 205 was formed at 700 °.
【0073】本実施例の効果として、微結晶層202と
n型ウエハー201との界面は良好に作成され、接合面
での再結合によるキャリアの損失を押えることができ
る。光電変換層からドリフトしてきたキャリアは、この
n型ウエハー201中を拡散していく。このときn型ウ
エハー中のキャリアの拡散長は長いので、キャリアが拡
散中に再結合する割合が低減できる。この結果、実施例
1より変換効率の向上したデバイスとなった。基板のサ
イズ等に限りがあるが、小面積型の太陽電池で効率向上
を目指すという目的には、最適の構造となった。As an effect of the present embodiment, the interface between the microcrystalline layer 202 and the n-type wafer 201 is formed well, and loss of carriers due to recombination at the bonding surface can be suppressed. Carriers drifting from the photoelectric conversion layer diffuse in the n-type wafer 201. At this time, since the diffusion length of the carriers in the n-type wafer is long, the rate at which carriers recombine during diffusion can be reduced. As a result, a device having a higher conversion efficiency than that of Example 1 was obtained. Although the size of the substrate is limited, the structure is optimal for the purpose of improving efficiency with a small-area solar cell.
【0074】[0074]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
狭い光学的バンドギャップ材料として微結晶シリコン層
を利用し、この微結晶層を成膜と原子状水素暴露を交互
に行う繰り返し成膜法において作成することで、従来と
比べ、簡略な工程で、良好な光電特性を示す光電変換装
置が得られた。As described above, according to the present invention,
By using a microcrystalline silicon layer as a narrow optical bandgap material and creating this microcrystalline layer in a repetitive film forming method of alternately forming a film and exposing to atomic hydrogen, a simpler process than in the past, A photoelectric conversion device showing good photoelectric characteristics was obtained.
【0075】また工程が簡略化されることで、製造コス
トの低減を図ることもできた。Further, since the process is simplified, the manufacturing cost can be reduced.
【図1】本発明になる光電変換装置の第1の実施例を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention.
【図2】本発明になる光電変換装置の第2の実施例を示
す図である。FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the photoelectric conversion device according to the present invention.
【図3】従来の光電変換装置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a conventional photoelectric conversion device.
【図4】本実施例のエネルギーバンドを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an energy band of the present embodiment.
【図5】従来例のエネルギーバンドを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an energy band of a conventional example.
【図6】分光感度を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing spectral sensitivity.
【図7】変換効率を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing conversion efficiency.
【図8】本発明を実現するための装置図である。FIG. 8 is an apparatus diagram for realizing the present invention.
【図9】基板温度と膜中水素濃度の関係について、本発
明による場合と通常のGD法による場合を示した図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a substrate temperature and a hydrogen concentration in a film according to the present invention and a case according to a normal GD method.
【図10】膜中水素濃度とtA との関係を示す。FIG. 10 shows a relationship between hydrogen concentration in a film and t A.
【図11】膜中水素濃度と各ステップでの成膜膜厚との
関係を示す。FIG. 11 shows the relationship between the hydrogen concentration in the film and the film thickness in each step.
【図12】結晶粒径とtA との関係を示す。FIG. 12 shows the relationship between the crystal grain size and t A.
【図13】バンドギャップと膜中水素濃度の関係を示
す。FIG. 13 shows a relationship between a band gap and a hydrogen concentration in a film.
101,301 ガラス基板 201 ウエハー基板 102,302 下電極 103,303 n+ 型水素化アモルファスシリコン
層 104,202 微結晶シリコン層 105,203,304 i型水素化アモルファスシ
リコン層 106,204,305 p+ 型水素化アモルファス
シリコン層 107,205,306 透明電極 A p領域 B i型水素化アモルファスシリコン層 C 微結晶シリコン層 D n領域 F フェルミ準位101,301 Glass substrate 201 Wafer substrate 102,302 Lower electrode 103,303 n + -type hydrogenated amorphous silicon layer 104,202 Microcrystalline silicon layer 105,203,304 i-type hydrogenated amorphous silicon layer 106,204,305 p + Type hydrogenated amorphous silicon layer 107, 205, 306 Transparent electrode Ap region Bi i-type hydrogenated amorphous silicon layer C microcrystalline silicon layer D n region F Fermi level
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山野辺 正人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−274184(JP,A) 特開 平2−42765(JP,A) 特開 平2−218175(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H01L 21/20 - 21/208 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Masato Yamanobe 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-63-274184 (JP, A) JP-A-2 -42765 (JP, A) JP-A-2-218175 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078 H01L 21/20-21/208
Claims (1)
の半導体層の上に設けられたドーピングしていないシリ
コン層と、該シリコン層の上に設けられたドーピングし
ていない水素化アモルファスシリコン層と、該水素化ア
モルファスシリコン層の上に設けられた前記第1導電型
とは異なる第2導電型の半導体層と、を有し、該第2導
電型の半導体層側から光が入射する構成を有し、 前記ドーピングしていないシリコン層は、その光学的バ
ンドギャップが、前記ドーピングしていない水素化アモ
ルファスシリコン層の光学的バンドギャップより狭い微
結晶シリコン層である光電変換装置の製造方法におい
て、 非単結晶シリコンを堆積する工程と、該堆積した非単結
晶シリコンを原子状水素に晒す工程とを、交互に繰り返
し行い、前記微結晶シリコン層を形成する光電変換装置
の製造方法。 1. A semiconductor layer of a first conductivity type, an undoped silicon layer provided on the semiconductor layer of the first conductivity type, and undoped hydrogen provided on the silicon layer Having a hydrogenated amorphous silicon layer and a second conductive type semiconductor layer different from the first conductive type provided on the hydrogenated amorphous silicon layer. There has a configuration in which the incident, the silicon layer which is not the doping, the optical band gap, wherein a narrow than the optical band gap of the doped non hydrogenated amorphous silicon layer microcrystalline silicon layer photoelectric conversion device The manufacturing method of
Te, depositing a non-single-crystal silicon, non-single binding that the deposition
Exposing crystalline silicon to atomic hydrogen.
Photoelectric conversion device for forming the microcrystalline silicon layer
Manufacturing method.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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- 1991-10-15 JP JP03293899A patent/JP3078373B2/en not_active Expired - Fee Related
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